無損檢測技術(shù)在混凝土檢測中的應(yīng)用分析

梁建華

（山西蘭星工程質(zhì)量檢測有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

對混凝土結(jié)構(gòu)進行質(zhì)量檢測，可提前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的性能狀態(tài)及潛在問題，并及時采取措施進行維護，以確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量。傳統(tǒng)的破壞性檢測方法在檢測過程中可能會對混凝土結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，因此需要采用無損檢測技術(shù)來確保結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。無損檢測技術(shù)不僅可以準確評估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還可以在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時為維護和修復(fù)工作提供指導。本文就幾種無損檢測技術(shù)及其在混凝土檢測中的應(yīng)用進行介紹，并對提升混凝土無損檢測技術(shù)有效性的策略進行分析。

1 無損檢測技術(shù)的原理及應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 原理

無損檢測技術(shù)即非破壞性檢測，就是在不破壞待測物質(zhì)原來的狀態(tài)、化學性質(zhì)等前提下，利用聲波、光波、電磁波等信號的傳播和反射特性，獲取與待測物品質(zhì)有關(guān)的物理、化學信息的檢查方法。在混凝土結(jié)構(gòu)中，可以通過無損檢測技術(shù)判斷被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，從而判定被檢對象所處狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 連續(xù)性優(yōu)勢

無損檢測技術(shù)可以保證檢測過程中數(shù)據(jù)的連續(xù)性，實現(xiàn)對混凝土的連續(xù)檢測，從而獲得最為可靠、精確的檢測數(shù)據(jù)。

1.2.2 物理特性優(yōu)勢

無損檢測技術(shù)可以充分利用聲、光、電、磁等載體，在不影響構(gòu)件的質(zhì)量和性能的前提下，來對被測構(gòu)件的缺陷和損壞情況進行判定，具有較高的檢測效率和數(shù)據(jù)準確性。

1.2.3 遠距離優(yōu)勢

無損檢測技術(shù)可在距離被檢測對象一定范圍內(nèi)進行檢測工作，可以有效彌補常規(guī)檢測方法不能遠距離檢測的不足[1]。

2 常見的混凝土無損檢測方法

2.1 超聲波檢測法

超聲波檢測法是一種常用的無損檢測技術(shù)，通過聲波在材料中的傳播特性來評估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和缺陷情況。這種方法利用超聲波在材料內(nèi)部傳播時的聲速和反射特性，來獲取混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，如裂縫、空洞、孔隙、鋼筋分布等。

2.1.1 操作步驟

（1）傳感器放置。將超聲波傳感器放置在待測混凝土表面。傳感器通常包含一個發(fā)射器和一個接收器，用于發(fā)射超聲波和接收反射的信號。

（2）信號發(fā)射。發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，這些脈沖在混凝土內(nèi)部傳播。聲波在材料中的傳播速度受材料的性質(zhì)影響，例如材料的密度、彈性模量等。

（3）信號接收。接收器接收從混凝土內(nèi)部反射回來的聲波信號。反射信號的強度和傳播時間提供了有關(guān)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。

（4）數(shù)據(jù)分析。通過分析接收到的聲波信號，可以計算聲波在混凝土內(nèi)部的傳播速度。根據(jù)聲速和混凝土的物理特性，可以推斷混凝土的密度、強度、缺陷等。

2.1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）裂縫檢測：可以檢測混凝土中的微小裂縫，幫助提前發(fā)現(xiàn)可能導致結(jié)構(gòu)問題的缺陷。

（2）空洞檢測：可以發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部的空洞和孔隙，評估混凝土的一致性。

（3）鋼筋分布：能夠確定混凝土中鋼筋的位置和分布情況，有助于評估結(jié)構(gòu)的承載能力。

（4）強度評估：通過聲速測量，可以估計混凝土的強度，提供關(guān)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的信息。

2.1.3 應(yīng)用優(yōu)勢和局限性

（1）應(yīng)用優(yōu)勢。①非破壞性：超聲波檢測法不會對混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷，適用于現(xiàn)場檢測和長期監(jiān)測；②高準確性：通過分析聲波傳播速度和反射情況，可以獲得準確的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息；③快速性：檢測過程迅速，可以在較短時間內(nèi)完成對大面積結(jié)構(gòu)的評估；④適應(yīng)性：可以適用于不同類型的混凝土結(jié)構(gòu)，包括橋梁、建筑物、水壩等。

（2）應(yīng)用的局限性。①深度限制：超聲波的傳播受到混凝土厚度的限制，對于較厚的結(jié)構(gòu)可能存在檢測深度有限的問題；②不適用于多層結(jié)構(gòu)：當混凝土結(jié)構(gòu)存在多層或復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，超聲波的傳播可能會受到干擾，影響檢測結(jié)果的準確性；③材料異質(zhì)性：如果混凝土材料的密度、彈性模量等在空間上存在較大變化，可能會影響聲波傳播的預(yù)測和分析。

2.2 雷達波檢測法

雷達波檢測法是一種基于電磁波傳播特性的無損檢測技術(shù)，用于評估混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷、鋼筋分布以及結(jié)構(gòu)的整體性能。通過發(fā)射和接收電磁波，該方法可以在不破壞混凝土的情況下獲取有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)的信息。

2.2.1 操作步驟

（1）發(fā)射電磁波。通過雷達波發(fā)射器發(fā)射一系列的電磁波，這些波會穿過混凝土結(jié)構(gòu)。

（2）電磁波傳播。電磁波在混凝土中傳播時會受到不同材料的影響，如混凝土、空氣、鋼筋等。當電磁波遇到不同材料界面時，會發(fā)生反射、折射和傳播延遲等現(xiàn)象。

（3）接收反射波。接收器接收從混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部反射回來的電磁波。根據(jù)反射波的強度、傳播時間以及相位變化等信息，可以推斷出混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況。

（4）數(shù)據(jù)分析。通過分析接收到的電磁波信息，可以確定混凝土中的缺陷、空洞、鋼筋分布、混凝土質(zhì)量等。不同材料之間的電磁波傳播速度差異可以提供關(guān)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的信息。

2.2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）缺陷檢測：可以檢測混凝土中的裂縫、空洞、蜂窩等缺陷，及早發(fā)現(xiàn)可能導致結(jié)構(gòu)問題的隱患。

（2）鋼筋分布：能夠確定混凝土中鋼筋的分布情況，有助于評估結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。

（3）濕度評估：可以檢測混凝土中的水分分布情況，有助于預(yù)測混凝土的耐久性和腐蝕風險。

（4）界面檢測：能夠探測不同材料之間的界面，如混凝土和鋼筋的界面情況。

2.2.3 應(yīng)用優(yōu)勢和局限性

（1）應(yīng)用優(yōu)勢。①遠距離檢測：雷達波可以在較遠距離內(nèi)檢測混凝土結(jié)構(gòu)，無需直接接觸被測物體；②多層檢測：適用于多層結(jié)構(gòu)的檢測，不同層次的反射波可以被分析用于獲取更詳細的信息；③大面積：可以覆蓋較大的面積，適用于對大型混凝土結(jié)構(gòu)的評估。

（2）應(yīng)用的局限性。①信號干擾：在某些情況下，電磁波可能會受到金屬結(jié)構(gòu)、含水率高的區(qū)域等的干擾，影響信號的傳播和反射；②分辨率限制：雷達波的分辨率可能受到電磁波頻率和傳播距離的限制，難以檢測較小尺寸的缺陷；③數(shù)據(jù)處理：雷達波數(shù)據(jù)的處理和解釋需要專業(yè)的技能，以確保獲得準確的結(jié)構(gòu)信息。

2.3 沖擊彈性波檢測法

沖擊彈性波檢測法是一種基于彈性波傳播特性的無損檢測技術(shù)，用于評估混凝土結(jié)構(gòu)的強度、硬度和一致性。該方法通過在混凝土表面施加沖擊力，并分析由此產(chǎn)生的彈性波的傳播特性，來推斷混凝土的性能。

2.3.1 操作步驟

（1）沖擊加載。在混凝土表面使用一個沖擊器或錘子施加沖擊力，這會在混凝土中產(chǎn)生一個瞬時的應(yīng)力波。

（2）彈性波傳播。沖擊力產(chǎn)生的應(yīng)力波會在混凝土內(nèi)部傳播，產(chǎn)生彈性波。這些彈性波在材料中傳播，并在不同的介質(zhì)界面反射和折射。

（3）彈性波接收。使用傳感器或接收器捕獲從混凝土內(nèi)部返回的彈性波信號。這些信號包含了關(guān)于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能的信息。

（4）數(shù)據(jù)分析。分析彈性波的傳播速度、振幅和衰減等特性，可以推斷混凝土的強度、硬度以及存在的缺陷情況。

2.3.2 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）強度評估：可以評估混凝土的彈性模量和硬度，從而間接反映其強度。

（2）一致性檢測：能夠檢測混凝土內(nèi)部的均勻性，提供有關(guān)混凝土整體質(zhì)量的信息。

（3）質(zhì)量控制：可以用于新混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制，以確?；炷恋膹姸群托阅芊显O(shè)計要求。

2.3.3 應(yīng)用優(yōu)勢和局限性

（1）應(yīng)用優(yōu)勢。①快速便捷：沖擊彈性波檢測法操作簡單快速，可以在現(xiàn)場迅速實施；②定量信息：通過分析彈性波的傳播特性，可以獲得定量的關(guān)于混凝土性能的信息；③非破壞性：與傳統(tǒng)的破壞性檢測方法相比，沖擊彈性波檢測法不會對混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷[2]。

（2）應(yīng)用的局限性。①材料影響：沖擊彈性波的傳播特性受材料的彈性模量、密度和含水率等因素影響，因此需要根據(jù)具體情況進行校準和解釋；②表面準備：檢測結(jié)果可能受到混凝土表面的光滑度和均勻性的影響，需要進行適當?shù)谋砻鏈蕚浜吞幚?；③深度限制：沖擊彈性波的傳播深度有限，只能評估混凝土表面附近的性能。

2.4 回彈檢測法

回彈檢測法是利用彈簧驅(qū)動彈擊錘，通過彈擊傳力桿在混凝土表面上進行彈擊，并通過對彈擊錘反彈距離的測量，將反彈距離和彈簧的起始長度比來確定回彈值，然后通過回彈值來對混凝土的強度進行推定?；貜椃ň哂谐杀镜汀⒉僮鞣奖?、對設(shè)備要求低、對被檢測物質(zhì)的大小和形狀沒有特殊的要求等優(yōu)點，而該方法的缺點是檢測的準確性較低，只從混凝土表層（1～3mm）的質(zhì)量來評定混凝土的總體質(zhì)量，而如果混凝土內(nèi)部有缺陷，則不能及時發(fā)現(xiàn)。故不適用于凍傷、火災(zāi)、化學腐蝕等內(nèi)部有缺陷的混凝土、表面和內(nèi)部質(zhì)量不同的混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固區(qū)和鋼筋密集區(qū)域的混凝土檢測。

2.5 綜合檢測法

在混凝土的檢測中，綜合檢測法就是利用多種方法和參數(shù)對混凝土進行有效的檢測。而綜合法中超聲-回彈綜合法是在混凝土檢測中應(yīng)用廣泛的檢測方法之一。超聲波-回彈法是將超聲波檢測法和回彈檢測法，2 種檢測手段相結(jié)合的方法，使用該方法進行檢測時，首先要采用超聲儀對混凝土構(gòu)件進行檢測，測定出超聲波在混凝土構(gòu)件中的傳播時間，再計算出超聲波的聲速值。在超聲檢測完畢之后，再采用回彈法對混凝土進行檢測，主要是測定混凝土表面硬度的回彈值，最后以回彈量、聲速值為主來綜合推定出混凝土的強度。因此，超聲-回彈綜合法中的2 種技術(shù)可以起到很好的互補效果，有助于全面反映出混凝土的質(zhì)量，從而達到提高無損檢測混凝土精度的目的。

3 提升混凝土無損檢測技術(shù)有效性的策略

3.1 多技術(shù)組合應(yīng)用

在實際工程中，通過將不同的無損檢測方法結(jié)合使用，可以獲得更全面、準確的混凝土結(jié)構(gòu)信息，從而更好地評估結(jié)構(gòu)的性能和健康狀態(tài)。

（1）多技術(shù)組合能夠彌補單一技術(shù)的不足。不同的無損檢測方法各自具有一定的適用范圍和局限性。通過將多種方法組合使用，可以在不同方面獲取信息，更全面地了解混凝土結(jié)構(gòu)的情況。

（2）多技術(shù)組合可以相互驗證檢測結(jié)果。不同方法的結(jié)果在一定程度上可以互相驗證，從而減少誤差和不確定性。這種互相驗證可以提高評估結(jié)果的可靠性。

（3）多技術(shù)組合還可以從不同的角度揭示混凝土結(jié)構(gòu)的問題。例如，超聲波技術(shù)可以用于檢測內(nèi)部缺陷，而熱紅外技術(shù)可以用于檢測潛在的熱點，如隱蔽的水分滲漏。最后，多技術(shù)組合在復(fù)雜情況下尤其有優(yōu)勢。某些情況下，混凝土結(jié)構(gòu)可能存在多種問題，單一技術(shù)難以全面覆蓋。通過將多種技術(shù)方法結(jié)合使用，可以更好地解決復(fù)雜問題，提高評估的準確性。例如，在評估一座橋梁的混凝土質(zhì)量時，可以綜合使用超聲波、雷達波和回彈法。超聲波用于檢測混凝土的內(nèi)部缺陷，雷達波用于識別鋼筋的位置和分布，回彈法用于評估表面的強度。這種多技術(shù)組合可以更全面地了解橋梁結(jié)構(gòu)的性能和健康狀態(tài)。

3.2 完善校準過程及流程標準化

為了進一步提高無損檢測技術(shù)的有效性，需在校準流程標準化方面進行更深入的完善和優(yōu)化。

（1）校準過程應(yīng)更加精細和全面。在校準過程中，需要考慮更多的因素，如環(huán)境溫度、濕度等，以確保儀器輸出與實際參數(shù)之間的準確關(guān)系。校準曲線的建立需要充分的數(shù)據(jù)采集和分析，以確保其可靠性和穩(wěn)定性。校準過程中的不確定性也需要考慮。校準結(jié)果可能會受到多種因素的影響，如儀器精度、樣本狀態(tài)等。因此，在校準過程中應(yīng)該估計和記錄不確定性，以提供更準確的評估結(jié)果。

（2）校準過程需更加嚴格和詳細，應(yīng)建立標準化的校準流程，包括儀器的校準、樣本的準備、操作的步驟等，確保每次測試都在相同的條件下進行，同時還應(yīng)考慮數(shù)據(jù)記錄和報告的格式，以保證測試結(jié)果的一致性和可比性。

（3）標準化的校準流程培訓也是重要的一環(huán)，對操作人員進行專業(yè)的培訓，讓其了解校準過程的重要性，并掌握正確的、標準化的操作方法，同時，可通過相關(guān)機構(gòu)對其操作水平進行認證，才能確保操作人員具備合格的操作技能[3]。

3.3 建立有效的數(shù)據(jù)處理和分析流程

為了進一步提高技術(shù)的有效性，需要建立一個有效的數(shù)據(jù)處理和分析流程，以確保從原始數(shù)據(jù)中提取出有價值的信息。

（1）數(shù)據(jù)處理階段需要包括數(shù)據(jù)清洗和校準。原始數(shù)據(jù)可能受到噪音、干擾等因素的影響，因此需要采用濾波、平滑等方法進行數(shù)據(jù)清洗，以保障數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

（2）校準過程也是確保數(shù)據(jù)準確性的關(guān)鍵步驟，通過將儀器輸出與已知標準進行比較，可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實際物理參數(shù)值。

（3）數(shù)據(jù)標準化和轉(zhuǎn)換是保證不同方法獲得數(shù)據(jù)可比性的重要環(huán)節(jié)。不同的技術(shù)方法可能具有不同的測量單位或范圍，通過將數(shù)據(jù)標準化，轉(zhuǎn)換為相同的尺度，可以對不同方法的數(shù)據(jù)進行比較和綜合分析。

（4）數(shù)據(jù)插值和擬合也是數(shù)據(jù)處理階段的重要內(nèi)容。原始數(shù)據(jù)可能存在間隔不均勻的情況，通過插值和擬合可以填補數(shù)據(jù)間的間隙，獲得更連續(xù)和準確的數(shù)據(jù)曲線，從而更好地了解混凝土結(jié)構(gòu)的性能。

（5）數(shù)據(jù)分析階段需要考慮趨勢分析、關(guān)聯(lián)分析和異常檢測。趨勢分析可以幫助了解數(shù)據(jù)隨時間或空間的變化趨勢，關(guān)聯(lián)分析可以揭示不同方法之間的關(guān)系，異常檢測可以識別數(shù)據(jù)中的異常值和異常情況。

（6）數(shù)據(jù)可視化也是數(shù)據(jù)處理和分析的重要方式。通過繪制圖表、曲線等，可以將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)得更直觀和易于理解，有助于從數(shù)據(jù)中提取出有意義的信息[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，無損檢測技術(shù)不僅可以準確評估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還可以在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。超聲波檢測法、雷達波檢測法、沖擊彈性波檢測法、回彈檢測法、綜合檢測法等是常見的混凝土無損檢測方法，各有各的操作流程以及優(yōu)劣勢。通過采用多技術(shù)組合、正確校準和標準化，以及合理的數(shù)據(jù)處理和分析，可以提高混凝土無損檢測技術(shù)的有效性，為工程領(lǐng)域的發(fā)展和建設(shè)提供更堅實的質(zhì)量保證基礎(chǔ)。在未來，隨著這些策略的不斷演進和創(chuàng)新，可以有效應(yīng)對結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、質(zhì)量要求越來越高的工程質(zhì)量檢測的挑戰(zhàn)。